申请日2011.06.23
公开(公告)日2011.11.23
IPC分类号H02N6/00; C02F3/28
摘要
本发明公开了一种利用太阳能的厌氧污水处理强化装置及方法，属于厌氧污水净化领域。本发明的一种利用太阳能的厌氧污水处理强化装置，包括厌氧反应器，所述的厌氧反应器中设置有金属电极板，金属电极板与太阳能直流发电系统相连接;本发明在厌氧反应器外接太阳能直流发电系统，通过反应器污泥区的电极板，并在颗粒污泥驯化完成后向反应器中加入新型活性催化微电解填料，利用电极电场、填料和颗粒污泥微生物的联合作用，去除难降解物质，特别是对低温条件下反应器运行进行强化，同时可以节约能耗，有效提高难降解物质去除率，保持反应器持续稳定运行。本发明主要适用于工业废水、垃圾渗滤液等高浓度难降解废水的生物强化处理。
权利要求书
1.一种利用太阳能的厌氧污水处理强化装置，包括厌氧反应器(4)，其特征在于，所述的厌氧反应器(4)中设置有金属电极板(6)，金属电极板(6)与太阳能直流发电系统相连接。
2.根据权利要求1所述的一种利用太阳能的厌氧污水处理强化装置，其特征在于，所述的太阳能直流发电系统由太阳能电池板(1)、充电控制器(2)和蓄电池(3)通过导线连接。
3.根据权利要求1所述的一种利用太阳能的厌氧污水处理强化装置，其特征在于，所述的金属电极板(6)安装在厌氧反应器(4)的污泥区，金属电极板(6)设有1组以上，金属电极板(6)通过电池板连接导线(12)与太阳能直流发电系统相连接。
4.根据权利要求2所述的一种利用太阳能的厌氧污水处理强化装置，其特征在于，所述的太阳能电池板(1)的材料为太阳能多晶硅或单晶硅。
5.一种利用太阳能的厌氧污水处理强化方法，其步骤为：
(a)在厌氧反应器(4)外安装太阳能直流发电系统，太阳能直流发电系统与金属电极板(6)相连接，并处于断路状态;
(b)接种污泥(7)，保持厌氧反应器(4)内有机负荷低于1kgCOD/m3·d，运行2个月后逐渐提高进水浓度至2kgCOD/m3·d，对厌氧反应器(4)中的污泥(7)进行驯化;
(c)污泥(7)经3~6个月完成驯化后，向污泥区加入新型活性催化微电解填料(8)，控制填料与厌氧反应器(4)内污泥区体积比为0.1~0.2;
(d)待颗粒污泥(7)中有机物适应新型活性催化微电解填料(8)共存环境后，接通电路，使污泥-填料体系在外加电压1～3V的状态下运行，形成外电场-微生物-微电解强化反应体系。
6.根据权利要求5所述的一种利用太阳能的厌氧污水处理强化方法，其特征在于，所述的厌氧反应器(4)为上流式厌氧颗粒污泥床，驯化后厌氧反应器(4)中污泥(7)形态呈颗粒状。
7.根据权利要求5所述的一种利用太阳能的厌氧污水处理强化方法，其特征在于，所述的厌氧反应器(4)为膨胀颗粒污泥床，驯化后厌氧反应器(4)中污泥(7)形态呈颗粒状。
8.根据权利要求5所述的一种利用太阳能的厌氧污水处理强化方法，其特征在于，步骤(c)中新型活性催化微电解填料(8)为多孔架构式结构，含铁75～85%、碳10～20%、催化剂5%，阴阳极形成合金一体化，粒度为10～30mm，比重为1.0g/cm3。
说明书
一种利用太阳能的厌氧污水处理强化装置及方法
技术领域
本发明涉及一种厌氧污水净化领域中的生物强化装置及方法，更具体的说，它涉及一种利用太阳能的厌氧污水处理强化装置及方法，主要适用于工业废水、垃圾渗滤液等高浓度难降解废水的生物强化处理。
背景技术
高浓度难降解工业废水中污染物浓度高，废水可生化性差，对生态环境和人体健康产生危害，用传统处理工艺处理效果差，技术和经济上都存在较大困难，是工业废水处理领域长期存在的技术难题。现有技术中，有采用物化处理工艺，例如：活性炭吸附法、湿式氧化法、蒸馏法等，运行费用高，投资大，效果仍很不理想;采用焚烧法，或经大倍数加水稀释化进行生化处理，费用更加昂贵，工程化应用困难。
厌氧生物处理过程能耗低，有机容积负荷高，一般为5～10kgCOD/m3·d，最高的可达30～50kgCOD/m3·d;厌氧菌对营养需求低、耐毒性强、可降解的有机物分子量高;剩余污泥量少，耐冲击负荷能力强，产出的沼气是一种清洁的能源。
在全社会提倡循环经济，关注工业废弃物实施资源化再生利用的今天，厌氧生物处理显然是能够使污水资源化的优选工艺。近年来，污水厌氧处理工艺发展十分迅速，各种新工艺、新方法不断出现，而上流式厌氧污泥床UASB(Up-flow Anaerobic Sludge Bed)工艺由于具有厌氧过滤及厌氧活性污泥法的双重特点，作为能够将污水中的污染物转化成再生清洁能源——沼气的一项技术。对于不同含固量污水的适应性也强，且其结构、运行操作维护管理相对简单，造价也相对较低，技术已经成熟，正日益受到污水处理业界的重视，得到了广泛的欢迎和应用。但是，上流式厌氧污泥床仍存在一定缺陷，进水中悬浮物要适当控制，不宜过高，一般控制在100mg/L以下，污泥床内有短流现象，影响处理能力，并且对水质和负荷突然变化较敏感，耐冲击力稍差。
中国专利申请号：200710023837.8，发明名称为一种难降解高浓度有机废水的处理方法，该申请案公布了芬顿氧化法-EGSB-MBR组合系统处理难降解高浓度有机废水的方法;中国专利申请号：200810196051.0，发明名称为催化铁还原与厌氧水解酸化协同预处理工业废水的方法，该申请案将毒害污染物的毒性官能团脱出，减少毒性污染物对厌氧微生物毒害作用。
以上研究虽能提高废水综合生物降解性能，但也存在一定问题，对于进水悬浮物较高的污水处理效率难以保证，同时对低温下污水厌氧处理，存在比较大的缺陷。本发明所采用的填料具有一定的孔隙率，可以在发挥电解作用的同时吸附和絮凝废水中的悬浮物;同时利用太阳能将光能转化为电能，通过电化学强化低温下微生物处理效果，弥补现有太阳能转化为热能技术中产热量不足，难以提高污水温度，污水降解效率不高等缺陷。
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明针对现有厌氧污水生物处理中难降解物质(如酰胺、脂类、有机酸等)处理效率低的不足，以及厌氧反应器在低温下运行的缺陷，提供一种利用太阳能的厌氧污水处理强化装置及方法。
技术方案
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种利用太阳能的厌氧污水处理强化装置，包括厌氧反应器，所述的厌氧反应器中设置有金属电极板，金属电极板与太阳能直流发电系统相连接。
所述的太阳能直流发电系统由太阳能电池板、充电控制器和蓄电池通过导线连接。所述的金属电极板安装在厌氧反应器的污泥区，金属电极板设有1组以上，金属电极板通过电池板连接导线与太阳能直流发电系统相连接。所述的太阳能电池板的材料为太阳能多晶硅或单晶硅。
一种利用太阳能的厌氧污水处理强化方法，其步骤为：
(a)在厌氧反应器外安装太阳能直流发电系统，太阳能直流发电系统与金属电极板相连接，并处于断路状态;
(b)接种污泥，保持厌氧反应器内有机负荷低于1kgCOD/m3·d，运行2个月后逐渐提高进水浓度至2kgCOD/m3·d，对厌氧反应器中的污泥进行驯化;
(c)污泥经3~6个月完成驯化后，向污泥区加入新型活性催化微电解填料，控制填料与厌氧反应器内污泥区体积比为0.1~0.2;
(d)待颗粒污泥中有机物适应新型活性催化微电解填料共存环境后，接通电路，使污泥-填料体系在外加电压1～3V的状态下运行，形成外电场-微生物-微电解强化反应体系。
所述的厌氧反应器为上流式厌氧颗粒污泥床，驯化后厌氧反应器中污泥形态呈颗粒状。所述的厌氧反应器为膨胀颗粒污泥床，驯化后厌氧反应器中污泥形态呈颗粒状。步骤(c)中新型活性催化微电解填料为多孔架构式结构，含铁75～85%、碳10～20%、催化剂5%，阴阳极形成合金一体化，粒度为10～30mm，比重为1.0g/cm3。
本发明的原理是：在微生物-微电解反应体系中，新型活性催化微电解填料在无需外接电源的情况下自身产生1.2V电位差，当系统通水后设备内形成原电池系统，在其周围产生许多电场，形成电流。生成的Fe2+通过调节pH值进一步产生Fe3+，它们的水合物具有较强的吸附-絮凝作用，可以保证上流式厌氧污泥床对低SS浓度的要求，减小SS对颗粒污泥性状影响，保证微生物具有高反应活性。微电解反应中生成大量羟基自由基，对难降解物质有较高的去除效果。在污泥区通过电极板加外加电场后，受外电场影响，反应中产生的阴阳离子会加速向特定极板方向运动，从根本上增加了底物传质效率。在微生物-微电解反应中，离子会在外电场影响下运动形成局部浓度差，根据勒沙特列平衡移动原理，反应会降解有机物生成更多离子，达到动态平衡，加速整体反应进程。本发明通过将太阳能转化为电能，在反应器污泥区形成外电场，使反应区同时进行生化反应和电化学反应，电化学反应对微生物生化反应进行强化，形成外电场-微生物-微电解强化体系。
有益效果
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
(1)利用太阳能的厌氧污水处理强化装置及方法，以太阳能-微生物-微电解集成的形式，实现厌氧反应器处理难降解有机物的有效运行;
(2)利用太阳能直流发电系统，充分开发利用自然能源，减少电能消耗;
(3)在污泥反应区设置金属电极板，形成电场，结合生化反应和电化学反应特点，共同降解有机物，实现了二者的有效联合，充分提高反应效率;
(4)利用新型活性催化微电解填料，形成微生物-微电解反应，使生化反应实现进一步强化，同时保证处理效率;
(5)通过外电场从根本上增加传质效果，使低温条件下对微生物反应进行强化，解决厌氧反应器冬季运行处理效率普遍偏低的问题;
(6)通过投加新型活性催化微电解填料，进一步提高难降解物质处理效率，有利于提高厌氧反应器的污泥负荷及有机负荷，对保证产甲烷率也有重要作用。